RFID (射頻識別技術(shù))是一種使能技術(shù)，其本身并沒有提供多少價值，但它卻能使公司開發(fā)出相應應用來創(chuàng)造價值。

概述

RFID系統(tǒng)在實際應用中，電子標簽附著在待識別物體的表面，電子標簽中保存有約定格式的電子數(shù)據(jù)。讀卡器可無接觸地讀取并識別電子標簽中所保存的電子數(shù)據(jù)，從而達到自動識別物體的目的。讀卡器通過天線發(fā)送出一定頻率的射頻信號，當標簽進入磁場時產(chǎn)生感應電流從而獲得能量，發(fā)送出自身編碼等信息，被讀取器讀取并解碼后送至電腦主機進行相關(guān)處理。

通常在讀卡器讀標簽的時候給主機系統(tǒng)傳遞三個信息：標簽ID，讀卡器自己的ID，讀標簽的時間。 通過獲取這個讀卡器的位置，就知道了該產(chǎn)品的位置，以及它是什么產(chǎn)品，然后根據(jù)時間數(shù)據(jù)跟蹤標簽，就隨時隨地知道產(chǎn)品的位置了。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

一個完整、典型的RFID系統(tǒng)通常由下面四個模塊組成：

標簽(Tag)

讀卡器（Reader）

RFID中間件

應用程序

標簽(Tag)

標簽由天線和芯片組成，天線在標簽和讀卡器間傳遞射頻信號，芯片里面保存每個標簽具有的唯一電子編碼和用戶數(shù)據(jù)。每個標簽都有一個全球唯一的ID號碼—UID，UID是在制作芯片時放在ROM中的，無法修改；用戶數(shù)據(jù)區(qū)是供用戶存放數(shù)據(jù)的，可以進行讀寫、覆蓋、增加的操作。

讀卡器（Reader）

讀?。ɑ?qū)懭耄撕炐畔⒌脑O(shè)備，可設(shè)計為手持式或固定式。讀卡器對標簽的操作有三類：

• 識別(Identify):讀取UID；
• 讀取(Read):讀取用戶數(shù)據(jù)；
• 寫入(Write):寫入用戶數(shù)據(jù)

RFID中間件

RFID中間件是將底層RFID硬件和上層企業(yè)應用結(jié)合在一起的粘合劑。 雖然原則上的中間件是橫向的軟件技術(shù)，但在RFID系統(tǒng)中，為使其更適用于特定行業(yè)，RFID中間件往往會針對行業(yè)做一定的適配工作。

在RFID系統(tǒng)這種具體情況下，中間件層除通常的功能外，還有以下特定功能：

• 使閱讀/寫入更加可靠
• 把數(shù)據(jù)通過讀卡器網(wǎng)絡推或者拉到正確位置(類似路由器)
• 監(jiān)測和控制讀卡器
• 提供安全讀/寫操作
• 降低射頻干擾
• 處理標簽型和讀卡器型事件
• 應用通知
• 接受并且轉(zhuǎn)發(fā)來自應用的中斷指令
• 給用戶提供異常告警

從體系結(jié)構(gòu)上講，RFID中間件還可以分為子層，包括邊緣層和集成層。邊緣與集成層的分離可以提高可伸縮性并降低客戶成本，因為邊緣層既是輕量級的，成本又低。

邊緣層定期輪詢讀卡器，刪除復本，并進行篩選和設(shè)備管理。邊緣服務器還負責創(chuàng)建ALE事件并將其分派至集成層。

集成層接收多個ALE事件并將其合并到涉及各種系統(tǒng)和人員的工作流中，這些系統(tǒng)和人員是更大的業(yè)務流程的一部分。集成層通過基于標準的JCA適配器與打包應用程序（如倉庫管理系統(tǒng)或產(chǎn)品信息管理系統(tǒng)）交互。通過一些提供抽象層的控件和開源框架，該層也可以與系統(tǒng)一起工作，抽象層將后端組件公開為可重用組件。集成層也可以通過Web服務接口與對象名解析服務進行通信、利用B2B消息通過防火墻中的網(wǎng)關(guān)與外部系統(tǒng)進行通信。

1）邊緣層

邊緣層通常提供的功能有標準的設(shè)備支持和管理、高效的捕獲數(shù)據(jù)和過濾數(shù)據(jù)、創(chuàng)建ALE事件并將其分派至集成層等。

邊緣層應該支持豐富的設(shè)備，包括流行的 RFID 讀卡器和打印機，以及各類條形碼識別器、指示燈、LED 顯示、電眼和可編程邏輯控制器 (PLC)。它可以運行在單獨的計算機上，也可以嵌入新出現(xiàn)的其他設(shè)備，如路由器中。應該符合 EPCglobal應用級別事件 (ALE) 標準，提供易于使用的標簽寫入和其他類型設(shè)備的擴展功能，并支持 ISO 和EPCglobal 標簽標準（包括 Gen2）。

隨著RFID技術(shù)的應用日益廣泛，企業(yè)需要處理分布在全球各個供應鏈中數(shù)以千計的讀卡器的輸入信息?？焖侔l(fā)展將會挑戰(zhàn)可伸縮性。需要處理的數(shù)據(jù)量非常龐大，這樣就產(chǎn)生了更大的挑戰(zhàn)。

要處理這種級別的數(shù)據(jù)流量，需要使用非阻塞I/O機制。當眾多用戶同時使用RFID訪問一個應用程序時，大多數(shù)中 間件解決方案為每個客戶端打開一個插口，并為每個用戶建立獨有的線程。這種阻塞I/O技術(shù)嚴重限制了性能和可伸縮性。與此相反，非阻塞I/O可以使BEA WebLogic Server之類的中間件能夠在多個并發(fā)用戶中復用少量的讀卡器線程，確保較高的性能和可伸縮性。

在處理讀卡器的大流量數(shù)據(jù)流和進行消息傳遞時，需要大量使用I/O和網(wǎng)絡。邊緣服務器的CPU利用主要用于邊緣服務器的復本檢測和模式匹配。在 要處理的數(shù)據(jù)量確定的情況下，網(wǎng)絡帶寬也會成為一個問題?！芭繑?shù)據(jù)傳輸”—即，將多個請求包裝在一個數(shù)據(jù)包中—可以舒緩網(wǎng)絡堵塞問題。它還可以減少多個請求通過安全層及其它代碼層所需的時間。

2）集成層

集成層接收多個ALE事件并將其合并到涉及各種系統(tǒng)和人員的工作流中，這些系統(tǒng)和人員是更大的業(yè)務流程的一部分。它通常提供的功能有安全性、互操作性、管理、消息傳遞和集成等等。

• 安全

對于RFID來說，大量相關(guān)的潛在敏感數(shù)據(jù)使得安全性成為RFID系統(tǒng)至關(guān)重要的一個方面。最低級別，安全管理可以防止讀卡器被關(guān)閉以及記錄項被竊取。因 此，必須通過驗證、授權(quán)或?qū)徲媮肀Ｗo管理接口，這也許會通過SSL（Secure Socket Layer，安全套接字層）來實現(xiàn)。

• 互操作

互操作性對于確保RFID的成功實現(xiàn)具有多重重要意義?；蛟S，最迫切的需求是基于標準的JCA適配器要有效連接到諸如倉庫管理系統(tǒng)或運輸管理系統(tǒng)之 類的應用程序。僅僅能夠以私有格式發(fā)布JMS消息或事件是遠遠不夠的；應用程序供應商，比如SAP、Yantra和Manhattan，要求事件以確定的 格式呈現(xiàn)。適配器可以填平鴻溝，將信息以可接受的格式傳播至恰當?shù)膽贸绦?。中間件解決方案應能夠提供和支持適用于關(guān)鍵應用程序的適配器。

在其它方面，開箱即用的互操作性同樣至關(guān)重要。例如，中間件應能夠與防火墻提供者、身份驗證、授權(quán)和審計提供者、負載均衡系統(tǒng)和JMS供應商進 行互操作。讀卡器的互操作性也非常重要。盡管讀卡器通信協(xié)議的標準化一直在進行，但在出現(xiàn)一個占據(jù)主導地位的標準之前，每個中間件供應商都必須提供一個讀 卡器抽象層和互操作性解決方案。

設(shè)計良好的架構(gòu)可以將讀卡器抽象層置于邊緣層，使得集成層具有讀卡器無關(guān)性。也就是說，集成層無需考慮特定的讀卡器協(xié)議或格式。

• 管理

隨著RFID在各個供應鏈中啟用，管理整個架構(gòu)的能力成為必要。以高級別來看，RFID的監(jiān)控和管理包括兩個方面：設(shè)備管理和對讀卡器的配置。管理員需要一個管理整個架構(gòu)的接口，該接口應該包含在一個集中式的門戶框架中。

RFID管理解決方案還應與現(xiàn)有的管理提供者（例如，HP OpenView或Tivoli）無縫集成，需要支持SNMP和JMX之類的標準協(xié)議。理想的情況是，一個中央配置主機應能夠?qū)⑴渲猛菩兄吝吘壓驼麄€供應鏈中的讀卡器。

• 消息傳遞

保證的exactly-once（只發(fā)送一次）消息處理語義非常難以實現(xiàn)。即使在干預式消息傳輸過程中，發(fā)送方和接收方也都存在著消息中斷的可能 性。大部分中間件解決方案沒有考慮確保exactly-once消息語義的需求。但是，如果不考慮這個問題會產(chǎn)生一系列問題——例如，單次交付報告會被無 意地交付多次。倉庫管理員就會認為向合作伙伴發(fā)送了兩份報告而非一份；在不同的時間和地點多次發(fā)生這種情況，其效果就會非常驚人。

另一個重要因素是確保對消息排隊和出隊的事務性保證。如果消息沒有按事務順序排隊，隊列就沒有保證；類似地，出隊的消息也無法保證經(jīng)過完全處理。其它方面的考慮主要是圍繞操作冪等性——重新執(zhí)行已部分完成的操作是否安全。

有時，需要進行連接的計算，特別是在發(fā)送方和接收方地理位置較遠時。在這種情況下，如果一方依賴于另一方的同步響應，則網(wǎng)絡中斷就會帶來整個操作的終止。這種情況下應該設(shè)為異步通信。

通常使用JMS進行異步通信。但是，如果JMS提供者在接收方，發(fā)送方如果無法對消息進行排隊就會阻塞（或者引發(fā)錯誤并負責重新嘗試發(fā)送）。因 此，在發(fā)生這些問題的情況下，將JMS放在接收方不會對發(fā)送方有任何幫助。但是，如果要使用存儲-轉(zhuǎn)發(fā)消息傳遞機制，其中的許多問題都可以解決。這樣，異 步通信就可以恢復，因為存儲-轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)會負責繼續(xù)發(fā)送消息、重試，等等。由于這個原因，JMS Bridge或存儲-轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)就顯得至為重要。

• 集成

需要進行某種形式的企業(yè)應用集成（Enterprise Application Integration，EAI）才能實現(xiàn)RFID事件的全部價值。僅僅將事件從邊緣服務器分派至一系列的應用程序還不能成為完美的解決方案，因為它會產(chǎn) 生與安全性、可靠消息傳遞、性能、可用性、適配器連接、業(yè)務流程界定等相關(guān)的問題。

比較而言，EAI解決方案可提供對一個問題的全面概覽。例如，一個在達拉斯和舊金山具有不同邊緣服務器的組織，可以將事件發(fā)送至共同的EAI解 決方案。涉及連接至不同邊緣服務器的讀卡器或天線的事件需要組合并關(guān)聯(lián)到一個統(tǒng)一的EAI層。而且，復雜的事件組合不適用于這種情況，因為邊緣層需要占用 CPU周期。隨著業(yè)務流程涉及到組織內(nèi)部和外部越來越多的系統(tǒng)和人員，EAI層變得更為關(guān)鍵。

其它一些方面也使得集成解決方案更為必要。要連接至后端應用程序，需要使用基于標準的適配器；在可視化環(huán)境下匯編、監(jiān)控和管理流程的能力也非常 重要。通過通用抽象層（比如控件），在業(yè)務流程、門戶、Web服務、RFID讀卡器和其它元素之間構(gòu)成復雜交互的能力可以大大提高。最后，在傳遞事件時，必須在邊緣層和實際集成層之間實現(xiàn)無縫集成。

應用程序

RFID應用通常根據(jù)來自標簽的數(shù)據(jù)執(zhí)行特定的動作，例如資產(chǎn)跟蹤和排序，在客戶買走某個商品后在系統(tǒng)中將其刪除。相反的，應用也會根據(jù)企業(yè)內(nèi)部的信息對標簽進行寫入，例如對已經(jīng)售出的商品寫入“已銷售”信息或者對出發(fā)的運貨的運輸車寫入“零售路線”的信息。RFID應用通常會根據(jù)不同的行業(yè)領(lǐng)域進行分類：

１.倉儲庫存、資產(chǎn)管理領(lǐng)域

因為電子標簽具有讀寫與方向無關(guān)、不易損壞、遠距離讀取、多物品同時一起讀取等特點，所以可以大大提高對出入庫產(chǎn)品信息的記錄采集速度和準確性；減少庫存盤點時的人為失誤庫，提高存盤點的速度和準確性。

２.產(chǎn)品跟蹤領(lǐng)域

因為電子標簽能夠無接觸的快速識別，在網(wǎng)絡的支持下，可以實現(xiàn)對附有RFID 標簽物品的跟蹤，并可清楚了解到物品的移動位置，如已經(jīng)成功應用的symbol公司為香港國際機場和美國McCarran 國際機場的行李跟蹤系統(tǒng)和中國鐵路列車監(jiān)控系統(tǒng)。

3.供應鏈自動管理領(lǐng)域

可以設(shè)想，如果商場的貨架部署的電子標簽讀寫器，當貨物減少時，系統(tǒng)會將缺貨信息自動傳遞給倉庫管理 系統(tǒng)，并且系統(tǒng)會將缺貨信息自動匯總并傳遞給生產(chǎn)廠家。電子標簽自動讀寫和在網(wǎng)絡中信息的方便傳遞功能將大大提高供應鏈的管理水平，通過這個過程降低庫 存，提高生產(chǎn)的有效性和效率，從而大大提供企業(yè)的核心競爭力。

電子標簽在零售商店中的應用包括從電子標簽貨架、出入庫管理、自動結(jié)算等各個方面。

沃爾瑪公司是全球 RFID電子標簽最大的倡導者，現(xiàn)在 WAL-MART 的兩個大的供貨商 HP 和 P&G 已經(jīng)在他們的產(chǎn)品大包裝上開始使用電子標簽。

4.防偽領(lǐng)域

RFID 電子標簽的應用并不是為防偽單獨設(shè)計的，但是電子標簽中的唯一編碼、電子標簽仿造的難度以及電子標簽的自動探測的特點，都使電子標簽具備了產(chǎn)品防偽和防盜 的作用，在產(chǎn)品上使用電子標簽，還可以起到品牌保護的功能，防止生產(chǎn)和流通中盜竊的功能。可廣泛應用于藥品、品牌商品防偽、門禁、門票等身份識別領(lǐng)域。

5.醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域

RFID技術(shù)在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的應用包括對藥品監(jiān)控預防，對患者的持續(xù)護理、不間斷監(jiān)測、醫(yī)療記錄的安全共享、醫(yī)學設(shè)備的追蹤、進行正確有效的醫(yī)學配藥、 以及不斷的改善數(shù)據(jù)顯示和通信，還包括對患者的識別與定位功能，用來防止醫(yī)生做手術(shù)選錯了病人和防止護士抱錯了出生的嬰兒的事情發(fā)生。

RFID相關(guān)標準

目前，RFID還未形成統(tǒng)一的全球化標準，市場為多種標準并存的局面，但隨著全球物流行業(yè)RFID大規(guī)模應用的開始，RFID標準的統(tǒng)一已經(jīng)得到業(yè) 界的廣泛認同。RFID系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集和后臺數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡應用系統(tǒng)兩大部分組成。目前已經(jīng)發(fā)布或者是正在制定中的標準主要是與數(shù)據(jù)采集相關(guān)的，其中包括 電子標簽與讀寫器之間的空氣接口、讀寫器與計算機之間的數(shù)據(jù)交換協(xié)議、RFID標簽與讀寫器的性能和一致性測試規(guī)范、以及RFID標簽的數(shù)據(jù)內(nèi)容編碼標準 等。后臺數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡應用系統(tǒng)目前并沒有形成正式的國際標準，只有少數(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟制定了一些規(guī)范，現(xiàn)階段還在不斷演變中。

RFID標準爭奪的核心主要在RFID標簽的數(shù)據(jù)內(nèi)容編碼標準這一領(lǐng)域。目前，形成了五大標準組織，分別代表了國際上不同團體或者國家的利益。 EPC Global是由北美UCC產(chǎn)品統(tǒng)一編碼組織和歐洲EAN產(chǎn)品標準組織聯(lián)合成立，在全球擁有上百家成員，得到了零售巨頭沃爾瑪，制造業(yè)巨頭強生、寶潔等跨 國公司的支持。而AIM、ISO、UID則代表了歐美國家和日本；IP-X的成員則以非洲、大洋洲、亞洲等國家為主。比較而言，EPC Global由于綜合了美國和歐洲廠商，實力相對占上風。

• EPC Global

EPC Global是由UCC和EAN聯(lián)合發(fā)起的非盈利性機構(gòu)，全球最大的零售商沃爾瑪連鎖集團、英國Tesco等100多家美國和歐洲的流通企業(yè)都是EPC的 成員，同時由美國BEA公司、IBM公司、微軟、Auto-ID Lab等進行技術(shù)研究支持。此組織除發(fā)布工業(yè)標準外，還負責EPCgobal號碼注冊管理。EPC Global系統(tǒng)是一種基于EAN·UCC編碼的系統(tǒng)。作為產(chǎn)品與服務流通過程信息的代碼化表示，EAN·UCC編碼具有一整套涵蓋了貿(mào)易流通過程各種有 形或無形的產(chǎn)品所需的全球唯一的標識代碼，包括貿(mào)易項目、物流單元、位置、資產(chǎn)、服務關(guān)系等標識代碼。EAN·UCC標識代碼隨著產(chǎn)品或服務的產(chǎn)生在流通 源頭建立，并伴隨著該產(chǎn)品或服務的流動貫穿全過程。EAN·UCC標識代碼是固定結(jié)構(gòu)、無含義、全球唯一的全數(shù)字型代碼。在EPC標簽信息規(guī)范1.1中采 用64-96位的電子產(chǎn)品編碼；在EPC標簽2.0規(guī)范中采用96-256位的電子產(chǎn)品編碼。

• ISO標準

國際標準化組織(ISO)制定也制定了RFID自動識別和物品管理的一系列標準。例如，ISO創(chuàng)造了使用RFID跟蹤牛群的標準。ISO11784定義了如何組織標簽的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，ISO11785定義空中接口協(xié)議。國際標準化組織也起草、建立了RFID標簽在支付系統(tǒng)、非接觸智能卡和接觸式卡領(lǐng)域的空中接口標準(ISO14443和ISO15693)。它也建立了測試RFID標簽和讀卡器兼容性的標準(ISO18047)和測試RFID標簽和讀卡器性能的標準 (ISO18046)。下面是其中的一些標準：

• ISO 15693—Smart Labels
• ISO 14443—Contactless payments
• ISO 11784—Livestock
• ISO 18000 - 包括可能被用來追蹤貨物供應鏈的空中接口協(xié)議。 它們基本覆蓋了用于RFID系統(tǒng)的頻率范圍。 它的七個組成部分是：
  • 18000—1: Generic parameters for air interfaces for globally accepted frequencies
  • 18000—2: Air interface for 135 KHz
  • 18000—3: Air interface for 13.56 MHz
  • 18000—4: Air interface for 2.45 GHz
  • 18000—5: Air interface for 5.8 GHz
  • 18000—6: Air interface for 860 MHz to 930 MHz
  • 18000—7: Air interface at 433.92 MHz

BEA參考實現(xiàn)

BEA在EPCglobal-即RFID的國際標準組織內(nèi)一直保持領(lǐng)先地位。BEA WebLogic RFID 產(chǎn)品系列是第一個端到端、基于標準的RFID 基礎(chǔ)架構(gòu)平臺，能自動運行具有全新 RFID 功能的業(yè)務流程。領(lǐng)先的無線射頻識別 (RFID) 基礎(chǔ)架構(gòu)技術(shù)與 BEA 面向服務架構(gòu) (SOA) 驅(qū)動的平臺的強強結(jié)合，使企業(yè)可利用網(wǎng)絡邊緣和數(shù)據(jù)中心資產(chǎn)，并在所有層次獲得無與倫比的擴展性和性能。BEA的參考架構(gòu)由四個層組成：讀卡器層、邊緣服務器層、集成層和應用層。如下圖所示。

底層的讀卡器以特定的速度輪詢標記，通?；谝粋€類似于運動傳感器的觸發(fā)器。無論在任何時間，IP可尋址的讀卡器應由一個且僅由一個邊緣服務器進行控制。該要求是避免與網(wǎng)絡分區(qū)相關(guān)的問題所必需的。

邊緣服務器定期輪詢讀卡器（例如每秒兩次），刪除復本，并進行篩選和設(shè)備管理。邊緣服務器還負責創(chuàng)建ALE事件并將其分派至集成層。這種分派通常需要exactly-once消息語義（參見上面的“消息傳遞”）。

集成層接收多個ALE事件并將其合并到涉及各種系統(tǒng)和人員的工作流中，這些系統(tǒng)和人員是更大的業(yè)務流程的一部分。集成層通過基于標準的JCA適 配器與打包應用程序（如倉庫管理系統(tǒng)或產(chǎn)品信息管理系統(tǒng)）交互。通過一些提供抽象層的控件和開源框架，該層也可以與系統(tǒng)一起工作，抽象層將后端組件公開 為可重用組件。

集成層也可以通過Web服務接口與對象名解析服務（Object Naming Service，ONS）進行通信。類似于DNS服務器，ONS可以用于查尋獨有的RFID標記ID以及確認附加的產(chǎn)品信息。集成層還必須維護電子產(chǎn)品代 碼信息服務（Electronic Product Code Information Service，EPC-IS）儲存庫，并從中查詢數(shù)據(jù)，該庫提供了ALE事件（如：通過供應鏈跟蹤和追蹤產(chǎn)品）的業(yè)務上下文。圍繞EPC-IS儲存庫的 標準目前正在定義。

最后，集成層還可以利用B2B消息（如查詢EPC-IS儲存庫的EDI或Web服務請求）通過防火墻中的網(wǎng)關(guān)與外部系統(tǒng)進行通信。

邊緣與集成層的分離可以提高可伸縮性并降低客戶成本，因為邊緣層既是輕量級的，成本又低。隨著應用服務器和數(shù)據(jù)庫連接池的使用日益流行，互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫連接的快速增長，隨著業(yè)界從互聯(lián)網(wǎng)通信轉(zhuǎn)向RFID通信，需要有一個單獨的層進行篩選并將連接集中到集成層。

控制消息通過管理門戶流入系統(tǒng)，進入集成層，然后進入邊緣，最后進入讀卡器。自動配置和配置沿著這個鏈向下進行，而讀卡器數(shù)據(jù)逆鏈而上進行篩選和傳播。

本篇我們概要的介紹了RFID系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、標準化工作和BEA公司的RFID參考實現(xiàn)。在后續(xù)的文章中我們會教大家一步一步的學習使用BEA公司提供的中間件產(chǎn)品來構(gòu)建RFID企業(yè)應用。其中涉及的產(chǎn)品有包括BEA Edge Server, BEA Enterprise Server和 BEA Compliance Express。

作者簡介
	孟和，BEA系統(tǒng)中國有限公司實習工程師，天津大學博士研究生，研究方向為數(shù)據(jù)庫和計算機網(wǎng)絡。在無線內(nèi)容下載應用系統(tǒng)方面有豐富的經(jīng)驗，熟悉J2EE中間件領(lǐng)域，對Derby、Beehive等開源項目感興趣。